Engineering iron single atomic sites with adjacent ZrO2 nanoclusters via ligand–assisted strategy for effective oxygen reduction reaction and high–performance Zn–air batteries

催化作用 纳米团簇 配体(生物化学) 电池(电) 材料科学 吸附 化学工程 碳纤维 密度泛函理论 纳米技术 化学 氧气 无机化学 物理化学 有机化学 计算化学 生物化学 受体 工程类 功率(物理) 物理 量子力学 复合数 复合材料
作者
Jie Zhang,Xinran Dong,Xing Wang,Yingjian Luo,Yihan Chen,Yali Xue,Chenyang Zhang,Jinwei Chen,Gang Wang,Ruilin Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:420: 129938-129938 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.129938
摘要

Atomically dispersed iron–nitrogen–carbon (Fe–N–C) catalyst is a promising candidate to replace Pt for oxygen reduction reaction (ORR). To enhance ORR activity of Fe–N–C catalysts, the density and distribution of isolated Fe–N4 sites should be further optimized. Herein, a ligand–assisted strategy to synthesis of single atomic Fe–N–C derived from Zr–metal–organic frameworks (Zr–MOFs) is proposed. During preparation, –NO2 (from 2–nitroterephthalic acid ligands) in Zr–MOFs not only acts as the anchoring sites to capture Fe–polydopamine (FePDA) source but also plays a crucial role in modulating the Fe − N4 configuration. The resulting SA Fe@ZrO2/NC catalyst consists of FeN4 sites with adjacent ZrO2 in N–doped carbon, in which in–situ introduction of ZrO2 positively enhance O2 adsorption ability. Due to the moderate pore structure, atomically dispersed Fe–N4 active sites, and the strong interface interaction between isolated Fe atoms and ZrO2 nanocluster, the as–prepared catalyst exhibits comparable ORR activity and outstanding stability in alkaline solution. When assembled in a rechargeable Zn–air battery, the battery with SA Fe@ZrO2/NC air electrode delivers a stable open circuit voltage, high–power density (250 mW cm−2) and discharge specific capacity (730 mA h gZn−1). It also demonstrates a long cycle life and good rate performance. Density functional theory calculation results reveals that the adjacent ZrO2 nanocluster modulates the electron structure of Fe atoms in FeN4 sites with an improved ORR process and activity. This work provides a facile strategy for preparing efficient single atomic Fe–N–C catalyst to drive the oxygen reduction reaction in Zn–air batteries.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
1秒前
fyq发布了新的文献求助10
2秒前
新星完成签到,获得积分10
2秒前
碧落潮汐完成签到 ,获得积分10
2秒前
小木子完成签到,获得积分10
2秒前
Emma完成签到,获得积分10
3秒前
duoduozs完成签到,获得积分10
3秒前
乐乐应助每天都想喝奶茶采纳,获得10
3秒前
珊珊发布了新的文献求助10
3秒前
小胖饼饼发布了新的文献求助10
4秒前
高高书本发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
GongPeijie完成签到,获得积分10
5秒前
8R60d8应助虚幻的幻枫采纳,获得10
5秒前
zzzz发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
鲤鱼幻枫完成签到,获得积分10
6秒前
yydsyk完成签到,获得积分10
6秒前
无情的白桃完成签到,获得积分10
6秒前
期期完成签到,获得积分10
7秒前
小王完成签到,获得积分10
7秒前
ZK999完成签到,获得积分10
7秒前
CES_SH完成签到,获得积分10
7秒前
timi发布了新的文献求助30
7秒前
FF完成签到,获得积分10
8秒前
音玥完成签到,获得积分10
8秒前
清脆冬日完成签到 ,获得积分10
8秒前
123完成签到 ,获得积分10
8秒前
cyskdsn完成签到 ,获得积分10
8秒前
研友_enP05n完成签到,获得积分0
9秒前
鼻孔大王完成签到 ,获得积分10
9秒前
玫瑰西高地完成签到,获得积分10
9秒前
Rui完成签到 ,获得积分10
9秒前
戏戏戏戏戏戏完成签到,获得积分10
10秒前
马大帅完成签到,获得积分10
10秒前
笨笨的曼文完成签到,获得积分20
10秒前
HJJHJH完成签到,获得积分10
10秒前
咕噜咕噜完成签到 ,获得积分10
11秒前
席成风发布了新的文献求助10
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 640
Signals, Systems, and Signal Processing 610
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6441083
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8255037
关于积分的说明 17574304
捐赠科研通 5499660
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2900128
邀请新用户注册赠送积分活动 1876853
关于科研通互助平台的介绍 1716955